ITZ形成机制及其对混凝土力学性能与传输性能的影响

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1、综述文章编号：1009-9441（2014）06-0011-08ITZ形成机制及其对混凝土力学性能与传输性能的影响①1，221，22□□施惠生，居正慧，郭晓潞，吴凯（1.同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室，上海201804；2.同济大学环境材料研究所，上海201804）摘要：界面过渡区被认为是混凝土的薄弱环节，对混凝土题。因此，要想提高混凝土材料的耐久性能，延长结的性能有较大的影响。针对界面过渡区结构和性能特点，综构物及构件的使用寿命，必须从混凝土的薄弱环节合国内外的研究成果，根据混凝土的成型和水化硬化过程，———ITZ的改善出

2、发。探讨了界面过渡区的形成机制。从混凝土的强度、弹性模量以及断裂力学性能等3个方面，综述了界面过渡区对混凝土1界面过渡区的形成机制力学性能的影响，并论述了其对混凝土传输性能的影响。通在实际混凝土中，ITZ并非是一个易于辨别的过加入辅助性胶凝材料改善界面过渡区的孔结构和分布，同部分，而是不同组分和结构都存在梯度变化的区域。时选取适宜的骨料、W/C等可以改善ITZ与基体之间的性能差异，减少ITZ对混凝土力学性能的不利影响。基于同心扩展方法，图1划分了10个5μm宽的条关键词：界面过渡区；形成机制；抗压强度；抗折强度；弹性模带，根据各条带的

3、成分差别，可以确定ITZ的厚［6］［7］量；断裂力学性能；传输性能度，图2为ITZ微观结构组成示意图。ITZ形中图分类号：TU528.01文献标识码：A成的因素复杂，且在不同集料和相同集料的不同区域之间都存在差异。根据混凝土的成型、水化和硬引言化过程，可将ITZ的形成机制大致归为：单边生长效混凝土是由水泥、水、细集料、粗集料以及其他应（one-sidegrowthofhydratedProducts）；“边界”成分通过适当的搅拌、成型、养护工艺，经过一系列效应（walleffect）；微区泌水效应（microbleeding）；的物理

4、和化学变化而形成的一种人造石材。硬化后絮凝作用（flocculation）；离子的迁移与沉积及成核的混凝土可以分为水泥水化基相、集料和界面过渡作用（transPortation，PreciPitationandnucleationof区（ITZ）3个要素。ions）和浆体的收缩作用（syneresis）等。［1］1956年，FarranJ首次发现在混凝土集料与浆体之间存在矿物组成与微观结构均不同于浆体的特殊区域———ITZ。在随后的约20年内，一系列的［2］学者证实了ITZ的存在。ITZ的典型厚度为20~［3］［4］100μm，是混凝

5、土的薄弱环节。与水泥石相比，普通水泥混凝土界面具有水灰比高、孔隙率大、Ca/Si大、氢氧化钙（CH）晶体取向生长并在集料表［5］面附近富集，且结晶颗粒尺寸较大等特点。ITZ的结构与性能在很大程度上制约了水泥混凝土整体［6］图1基于同心扩展方法划分的10个5μm宽的条带的性能，裂缝容易从ITZ处产生和扩展，使ITZ成为离子迁移和溶液渗透的快速通道，从而影响混凝土1.1单边生长效应的寿命。对于水工混凝土，在水压的作用下，这种集料与水泥浆体之间的结合作用有物理结合、ITZ效应表现得更为突出。此外，处于水、气、固三化学结合和范德华力结合。在混

6、凝土中，若集料不相交界处的裂纹更容易引发碳化等一系列耐久性问具备活性，则仅有胶凝材料的水化反应对集料表面①基金项目：国家自然科学基金资助项目（51378390）。建材技术与应用6/2014·11·界面过渡区结构得到改善。1.3微区泌水效应微区泌水主要是指水分在集料表面附近区域的富集。在重力的作用下，由于水、胶凝材料以及集料之间的密度差别，水会向上迁移，而胶凝材料则往下迁移，在沉降过程中大粒径集料下方区域更易形成水囊，使得局部水灰比变大，导致集料下方的ITZ更［10］加薄弱。大量的泌水会降低基体与集料表面之［7］间的键合力，对混凝土的强

7、度和耐久性产生重要影图2混凝土界面过渡区的微观示意图响。附近区域的孔隙能够起到填充作用，而集料没有贡根据微区泌水效应，胶凝材料与粗、细集料的级［8］献，这种效应称为单边生长效应。根据该效应可配不良，粗集料的粒形比较差，整个材料体系的配合对集料进行改性，改性后的集料包覆层可以作为过比（如用水量和外加剂掺量）不当等，都将导致混凝渡层，连接集料与水泥浆体，使集料和胶凝材料在水土的和易性变差，且大尺寸集料下方的ITZ孔隙率化过程中都能够发生化学作用，从而加强两相之间更高、未水化水泥颗粒含量更低，故水分易向集料下［9］的键能结合，优化集料与水泥

8、浆体之间的结合。部及其周边甚至整个材料体系的外表面迁移。因1.2“边界”效应此，钢筋或者集料下部的ITZ的弹性模量、强度及硬混凝土可以看作是不规则的集料颗粒和水泥浆［19-20］度均比钢筋或集料上部显著降低。在大坝混体以